题目内容

【题目】如图所示,平行金属带电极板A、B间可看作匀强电场,场强E=1.2×103 V/m,极板间距离d=5 cm,电场中C和D分别到A、B两板的距离均为0.5 cm,B极板接地,求:

(1) C、D两点的电势和两点间的电势差;

(2) 点电荷q1=-2×10-3C分别在C和D两点的电势能;

(3) 将点电荷q2=2×10-3 C从C匀速移到D时外力所做的功。

【答案】(1) ; ; (2) ; (3)

【解析】试题分析:(1)根据在匀强电场中电势差和场强的关系式U=Ed可求出C和D之间的电势差UCD、B和D之间的电势差UBD、B和C之间的电势差UBC.根据UBD=φB﹣φD可求出φD.同理可求出φC.

(2)根据EP=qφ可知点电荷在C点和在D点的电势能.

(3)根据动能定理可知物体的动能未变,则合外力所做的功为0,故要求除电场力以外的力所做的功就必须先求电场力所做的功,而根据WCD=qUCD可求出电场力所做的功

解:(1)B板接地,φB=0,沿电场方向有

CD之间的距离为:dCD=d﹣hAC﹣hBD=5﹣0.5﹣0.5=4cm=4×10﹣2m,

UCD=EdCD=﹣1.2×103×4×10﹣2=﹣48V;

UDB=EdDB=1.2×103×0.5×10﹣2=6V,

即:φD﹣φB=6V,则φD=﹣6V,

UCB=EdCB=1.2×103×4.5×10﹣2=54V,

即φC﹣φB=54V,φC=﹣54V;

(2)由EP=qφ可知点电荷q1=﹣2×10﹣3C在C点的电势能

EPC=﹣2×10﹣3×54=0.108J,

在D点的电势能EPD=2×10﹣3×6=1.2×10﹣2J;

(3)将点电荷q2=2×10﹣2C从C匀速移到D时,

电场力所做的功:W=q2×UCD=2×10﹣2×48=9.6×10﹣1J,

故除电场以外的力所做的功:W外=﹣W=﹣9.6×10﹣1J

答:(1)C和D两点的电势分别为54V、6V,两点间的电势差UCD等于48V.

(2)点电荷q1=﹣2×10﹣3C在C和D两点的电势能分别为0.108J和1.2×10﹣2J.

(3)除电场力以外的力做功为9.6×10﹣1J.

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